Взрыв метеорного тела в атмосфере в районе Челябинска

Министерство науки и  образования РФ

Национальный исследовательский  томский политехнический университет

Юргинский технологический институт

 

 

 

 

Кафедра ЕНО

КСЕ

 

 

 

 

Исполнитель: 
студент гр. 17А20   __________    Д.В. Кореннова

Руководитель:    __________    Е.П. Теслева

 

 

 

 

 

 

 

 

Юрга 2013

 

Взрыв метеорного тела в атмосфере в районе Челябинска — явление, произошедшее утром, 15 февраля 2013 года, примерно в 9:20 по местному времени (UTC+6)^[10]. Метеорное тело взорвалось в окрестностяхЧелябинска на высоте 15—25 км^[11]. По числу пострадавших (1613 человек^[5][6]) падение этого метеороида не имеет аналогов в мировой документированной истории, но в то же время в китайских источниках встречаются упоминания о летальных случаях, связанных с падением метеоритов^[12].

По расчетам НАСА, метеороид, диаметром около 17 метров и массой порядка 10 тыс. тонн, вошёл в атмосферу Земли на скорости около 18 км/с. Судя по продолжительности атмосферного полёта, вход произошёл под очень острым углом. Спустя примерно 32,5 сек после входа в атмосферу небесное тело разрушилось^[13]. Разрушение представляло собой серию событий, сопровождавшихся распространением ударных волн. Общее количество высвободившейся энергии по оценкам НАСА составило около 500 килотонн в тротиловом эквиваленте^[13], по оценкам РАН — 100—200 килотонн^[14]. По оценкам НАСА, это самое большое из известных небесных тел, падавших на Землю со времени падения Тунгусского метеорита в 1908 году, и соответствует событию, происходящему в среднем раз в 100 лет^[13][15]. Из-за пологой траектории вхождения тела только сравнительно небольшая часть энергии взрывов достигла населённых пунктов.

Из-за ударной волны пострадали 1613 человек^[5][6], большинство — от выбитых стёкол. Были госпитализированы по разным данным от 40 до 112 человек^[16]; двое пострадавших были помещены в реанимацию. Ударная волна повредила здания. Материальный ущерб был предварительно оценён от 400 млн до 1 млрд рублей. В Красноармейском, Коркинском и Увельском районах Челябинской области был введён режим чрезвычайной ситуации^[17][18].

Небесное тело не было обнаружено до его вхождения в атмосферу^[19]. По первоначальным оценкам Института динамики геосфер РАН, масса объекта при входе в атмосферу оценивалась в 10—100 тонн, мощность взрыва — несколько килотонн, скорость входа в атмосферу 15—20 км/с, высота разрушения 30—50 км^[21], высота высвобождения основной энергии — 5—15 км. По словам С. А. Язева, мощность взрыва была больше, чем у Витимского болида^[22]. Скорость метеороида при падении составила от 20 до 70 километров в секунду^[23]. Маргарет Кэмпбелл-Браун (англ. Margaret Campbell-Brown), астроном из Университета Западного Онтарио (Канада), исследовавшая данные инфразвуковых датчиков обнаружения ядерных испытаний,^[24]привела следующую оценку: диаметр объекта — 15 метров, масса — 7000 тонн. Это делает его наибольшим объектом, который сталкивался с Землёй за последние 105 лет (с момента падения Тунгусского метеорита).

Ядерный взрыв или взрыв  болида в атмосфере создают низкочастотные звуковые волны (меньше 20 Гц), которые  можно использовать для определения  параметров события^[25]. Данные расположенных по всему мируинфразвуковых станций слежения за ядерными испытаниями (Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization) показали наличие источника инфразвуковых волн в Уральских горах, что позволило сделать оценки мощности. Среди всех событий это было наиболее мощным со времени ввода в строй первой станции в 2001 году. Этот источник инфразвука оказался не стационарным, как было бы при испытании ядерного оружия в шахте, а перемещался, что было отмечено по изменению направления на источник. Самая дальняя станция, которая зафиксировала событие расположена в Антарктиде в 15 000 км от источника^[20].

15 февраля учёные НАСА  сообщили, что космический объект  был 15 метров в диаметре и  вызвал взрыв мощностью 300 килотонн  в тротиловом эквиваленте^[26]. Чуть позже энергетическая мощность взрыва была увеличена до 470 килотонн. Вечером того же дня, в 7 часов по Тихоокеанскому времени 15 февраля NASA обнародовала уточнённые данные о метеороиде на основе анализа данных инфразвуковых станций слежения^[27]: до входа в атмосферу Земли объект был около 17 метров в диаметре, массой до 10 000 тонн и двигался со скоростью 18 км/с. Через 32,5 секунды после входа в атмосферу объект полностью разрушился, в результате чего высвобожденная энергия составила около 500 килотонн в тротиловом эквиваленте. По оценке NASA, данное тело существенно превышает Сихотэ-Алинский, и является крупнейшим после падения Тунгусского в 1908 году^[13]. По оценкам РАН мощность взрыва существенно меньше, 100—200 килотонн^[14].

Эксперт ESA Хейнер Клинкрад (англ. Heiner Klinkrad) отметил, что проникновение этого тела в атмосферу прошло незамеченным, несмотря на его массивность, поскольку современные телескопы ориентированы на поиск астероидов больше 100 метров в диаметре^[10]. До сих пор только один раз учёным удалось предсказать столкновение небесного тела с Землёй: это был астероид 2008 TC₃^[22].

Сенсоры устрановленные на геостационарных спутниках работающих в интересах Министерства обороны США и Министерства энергетики США могут отслеживать как воздушные ядерные взрывы, так и измерять кривые светимости сгорающих в атмосфере болидов^[28]. 1 марта NASA стали известны уточнённые данные по полной светимости суперболида, которая составила E₀ = 3,75 · 10¹⁴ Дж или 90 кт, из чего по эмпирической формуле для полной энергии взрыва следует E = 8,2508 · E₀^0,885, что составляет 440 кт. Скорость болида по тем же данным в момент максимальной яркости составила 18,3 км/с. Событие произошло в точке с координатами  54.8° с. ш. 61.1° в. д. ^(G) (O) на высоте 23,3 км в 03:20:33 по Гринвичу^[29]. Оценка массы и среднего размера, предполагая значение средней плотности равным 3,6 г/см³, составила соответственно 11 000 тонн и 18 метров^[3].

Траектория

По информации Роскосмоса, «По предварительной оценке это космический объект нетехногенного происхождения и квалифицируется как метеорит (ошибочное употребление термина, правильно — „метеороид“), двигавшийся со скоростью около 30 км/с по низкой траектории»^[30]. В то же время, в пресс-службе Российской академии наук (РАН) предположили, что масса тела составляла около 10 тонн, а диаметр — несколько метров. По мнению РАН, метеороид вошёл в атмосферу со скоростью 15—20 км в секунду, разрушился на высоте 30—50 км, а продолжавшееся движение его фрагментов вызвало мощное свечение (болид) и сильную ударную волну. Впоследствии большая часть фрагментов испарилась, а до земли долетели лишь некоторые из них^[31]. 
атмосферные наблюдения

По мнению кандидата географических наук Сергея Захарова, полёт метеорного тела над Челябинской областью сопровождался  тремя взрывами разной мощности (первый взрыв был самым мощным). Взрывы сопровождала яркая вспышка, которая  длилась около пяти секунд и взрывная волна дошедшая до поверхности земли с задержкой порядка минуты (именно она вызвала основные разрушения). Ориентировочная температура взрыва — более 2500 градусов. По его расчётам, высота взрыва над землёй составила от 30 до 70 км, мощность — от 0,1 до 10 килотонн, а эпицентр взрыва находился к югу от Челябинска в районе Еманжелинск — Южноуральск^[

Наблюдения из космоса

До входа в атмосферу  небесное тело не было обнаружено станциями  слежения и телескопами из-за малого размера^[10]. Метеорологические спутники Meteosat 9 и Meteosat 10^[59] смогли сфотографировать конденсационный след от пролёта метеороида в атмосфере^[60].

Китайский метеорологический  спутник Fengyun 2-05^[en] сфотографировал след в видимом и инфракрасном диапазоне. По данным с японского спутника MTSAT-2^[en] стратосферный след от метеорита сохранялся в течение 9 часов в атмосфере и температура метеорного следа была −31 °C, что превышало температуру окружающего газа −108 °C

Места падения и поиски

Ещё 15 февраля стало известно о  нескольких предполагаемых местах падения  метеорита. Решением командующего войсками Центрального военного округа генерал-полковника Николая Богдановского были созданы оперативные группы, которые направлены в предполагаемые районы падения фрагментов для наблюдения за обстановкой^[62].

По предварительным данным, метеорит упал в 80 км от города Сатки Челябинской области^[63], но глава Саткинского района информацию СМИ опроверг, заявив, что жители района только видели след от метеорита в небе^[64][65].

Ещё одно предположительное место  падения осколков метеорита: вблизи села Куваши Златоустовского городского округа^[66]. Также, в СМИ ошибочно приводилась информация, что 11 июля 1949 года в это же озеро выпадал другой метеорит — Кунашак; ошибка появилась из очень похожих названий озёр: Чебакуль и Чебаркуль^[67]. В пятницу 15 февраля были обнаружены три места падения обломков: два в Чебаркульском районе Челябинской области, ещё один — в Златоустовском^[68].

Через 5 часов после события в  СМИ появились сведения о предположительном  месте падения метеорита —в озере Чебаркуль в 1 км от города Чебаркуль^[69]. По информации с сайта ГУ МВД России по Челябинской области, непосредственно момент падения метеорита наблюдали рыбаки около озера Чебаркуль. По их словам, пролетело около 7 фрагментов метеорита, один из которых упал в озеро, взметнув столб воды и льда^[70]. По рассказу очевидца места падения метеорита в озеро, рядом с прорубью не было крупных кусков льда, только мелкие осколки^[71]. В Челябинской области в 2013 году толщина льда даже в крещенские морозы составляла не более 30 см^[72]. При падении метеорита в озеро поднялся столб воды не менее 3—4 метров в высоту^[73].

 Один из первых 53 осколков обнаруженых 16 февраля экспедициейУральского федерального университетана льду озера Чебаркуль.

Осколки метеорита найденные 23 февраля в Еткульском районе экспедицией Челябинского государственного университета.

 

В Еткульском районе, по свидетельству очевидцев, прошёл метеоритный дождь. ^[74]

Исследование

Основная статья: Челябинск (метеорит)

Виктор Гроховский объявляет прессе о результатах анализов

Метеороид не был обнаружен до его вхождения в атмосферу^[19]. В случае небесного тела с таким размером, альбедо и траекторией движения около планеты, возможности современных оптических инструментов не позволяли определить его приближение больше чем за два часа до его разрушения над землей^[91].

Комитет РАН по метеоритам поручил исследовательские работы Метеоритной экспедиции Уральского Федерального Университета под руководством Михаила Ларионова^[92]. 16 и 17 февраля учёные осмотрели предполагаемые места падения обломков метеорита, и собрали несколько фрагментов чёрной породы размерами от 1 до 7 мм^[93][94], предположительно остатки метеорита. Они были отправлены на исследование в лаборатории УрФУ^[95].

16 февраля вице-губернатор  региона Игорь Мурог заявил, что в ходе поисковых работ осколков метеорита ничего не найдено, а поиски прекращены. Также он пришёл к выводу, что «полынья, которая была обнаружена на озере Чебаркуль и первоначально принята за место падения обломков метеорита, образовалась по иной причине»^[96].

Однако, 17 февраля экспедиция УрФУ сообщила о нахождении 53 частиц метеоритной породы в районе озера Чебаркуль, несмотря на то, что непосредственно к полынье учёных не пустили^[97]. Учёные решили назвать метеорит по названию ближайшего населённого пункта от места первых находок — Чебаркуль^[98][99].

По словам Михаила Назарова метеорит относится к редкому типу обыкновенных хондритов LL5, ударная фракция S4, степень выветривания W0^[100]. В космосе метеорит испытал соударение с другим небесным телом, на что указывают найденные в метеоритах жилы плавления^[101].

19 февраля состоялась  вторая экспедиция учёных, в этот  раз через населённые пункты  к югу от города Челябинск.  Удалось найти более крупные  фрагменты суммарной массой до  1 кг, структура которых соответствует образцам, собранным на льду озера Чебаркуль. Они позволят провести более качественные исследования^[102].

24 февраля экспедиция  УрФУ нашла осколки метеорита, самый большой осколок весом 1,8 кг^[103].

5 марта учёные из УрФУ сообщили о предварительном анализе составленной с помощью высокоточных магнитометров карты распределения модуля магнитного поля на предполагаемом месте падения крупного осколка челябинского болида озере Чебаркуль. По словам Виктора Гроховского метеорит потерял целостность и представляет собой несколько крупных осколков общей массой около 100 кг^{[104][105][106]}. Алексей Попов из ИЗМИРАНа, после анализа данных георадара сообщил об обнаружении на дне озера Чебаркуль воронки от предролагаемого падения метеорита глубиной около трёх метров, причём её центр смещён относительно полыньи на 10 метров^[107].

По словам Эрика Галимова Челябинский метеорит был частью большего астероида, но откололся и несколько десятков миллионов лет назад испытал столкновение с другим небесным телом врезультате образовались трещины, которые не позволили определить возраст однозначно^[108].

18 марта по представлению  учёных из Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского метеорит получил официальное название Челябинск^[4]. По данным Эрика Галимова основное вещество метеорита образовалось 4,5 млрд лет назад, около 300 млн лет назад метеорит, который упал на Землю, откололся от материнского тела, а несколько тысяч лет назад в результате столкновения с третьим телом образовались трещины, заполненные расплавом^[109]. Учёные из Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского определили, что быстрое остывание привело к частичному расстекловыванию и образованию светлой и тёмной (ударной) составляющей метеортного тела. Эта затвердевшая аморфная масса составляет около трети от объёма метеорита и состоит из литологического состава тёмного цвета. Она несколько отличается от химического состава светлой части, а именно содержит большую концентрацию металлов Ni, Zn, Cu, Mo, Cd, W, Re, Pb, Bi по данным масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой.Рентгенофлуоресцентный анализ позволил опередлить процентное содержание химических элементов по массе: Si=18,3, Ti=0,053, Al=1,12, Cr=0,40, Fe=19,8, Mn=0,26, Ca=1,43, Na=0,74, K=0,11, P=0,10, Ni=1,06, Co=0,046, S=1,7^[4].